Дюкер

Определение диаметра труб дюкера. Построение напорной и пьезометрической линии. Нахождение разности уровней воды в подводящем и отводящем участках канала

Курсовая работа Еронько Ирины 3016/I группы

МВ и ССО РФ

Санкт-Петербургский Государственный технический университет

Гидротехнический факультет, кафедра гидравлики

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1996

Cодержание

1. Определение диаметра труб дюкера ( для случая , когда работает только одна труба дюкера)

2. Построение напорной и пьезометрической линии ( для случая , когда работает только одна труба дюкера )

3. Нахождение разности уровней воды в подводящем и отводящем участках канала ( для случая , когда работают обе трубы дюкера )

Литература

1. Определение диаметра труб дюкера ( для случая , когда работает только одна труба дюкера ) .

Свяжем уравнением Бернулли сечения 1-1 и 2-2 нашей системы . В общем виде оно выглядит следующим образом :

 , ( 1.1 )

где , - превышения над плоскостью сравнения 0-0 сечения 1-1 и 2-2 соответственно , м ; ,  - гидродинамические давления в сечениях 1-1 и 2-2 соответственно , Па ; - удельный вес жидкости , Н/м3 ; , - коэффициенты ( коррективы ) кинетической энергии ( коэффициенты Буссинеска ) для сечения 1-1 и 2-2 соответственно ;  ,  - средние скорости в сечениях 1-1 и 2-2 соответственно , м/с ;- ускорение свободного падения , м/с2 ; - полная потеря напора , м .

В нашем случае отдельные члены , входящие в это уравнение имеют следующие значения :  ;  ;  ;  ,

где - наибольшая допустимая разность уровней воды в подводящем и отводящем участках канала , м .

Подставляя наши данные в уравнение ( 1.1 ) , получаем :

( 1.2 )

Полная потеря напора  может быть выражена иначе :

 , ( 1.3 )

где  - полный коэффициент сопротивления трубы;  - скорость в трубе, м/с .

Подставим в выражение ( 1.2 ) выражение ( 1.3 ) , имеем :

( 1.4 )

и , следовательно ,

 , ( 1.5 )

откуда

w , ( 1.6 )

где - расход жидкости в трубе , м3/с ; - коэффициент расхода ; w - площадь поперечного сечения трубы , м2 .

Полный коэффициент сопротивления трубы равен :

, ( 1.7 )

где  - сумма местных коэффициентов сопротивления;  - коэффициент сопротивления по длине .

В нашем случае имеют место следующие местные коэффициенты сопротивления :

 , ( 1.8 )

где  - коэффициент сопротивления входной решетки ;  - коэффициент сопротивления при резком повороте ;  - коэффициент сопротивления выхода .

Коэффициент сопротивления по длине равен :

 , ( 1.9 )

где  - коэффициент гидравлического трения ; - длина трубы , м ; - диаметр поперечного сечения трубы , м .

Подставляем формулы ( 1.8 ) и ( 1.9 ) в выражение ( 1.7 ) , имеем :

( 1.10 )

Найдем значения местных коэффициентов сопротивления :

а) коэффициент сопротивления входной решетки ищем по формуле Киршмера :

 , ( 1.11 )

где  - средняя скорость перед решеткой , м/с ;  - потеря напора решетки , м ;  - коэффициент, принимаемый по таблице 4-22 /1, с.202/ , в зависимости от формы поперечного сечения стержней решетки ( принимаем тип стержней - №1 , соответствующее ему значение = 2.34 ) ; , - толщина стержней и ширина просвета между ними соответственно ( принимаем =1 ) ;  - угол наклона стержней решетки к горизонту ( принимаем  = 90° ) .

По формуле ( 1.11 ) получаем :

;

б) коэффициент сопротивления при резком повороте ищется по формуле :

 , ( 1.12 )

где  и  - эмпирические коэффициенты , принимаемые по таблице 4-6 и 4-7 /1, с.196/ , в зависимости от угла поворота трубы ( для заданного в задании угла поворота трубы  = 45° ,= 1.87 и = 0.17 ) .

По формуле ( 1.12 ) получаем :

;

в) коэффициент сопротивления выхода принимаем равным 1 :

 .

Диаметрпоперечного сечения трубы находится графическим способом , поскольку от величинызависят : площадь живого сечения w ; коэффициент гидравлического трения , ReD )

( где - относительная шероховатость  и число Рейнольдса ReD =v (  - кинематический коэффициент вязкости , м2/с )) , а также некоторые коэффициенты местных сопротивлений . График зависимости диаметра  поперечного сечения трубы от известного произведения строится по результатам вычислений , выполненных в таблице 1.1 .

Таблица 1.1 “ Параметры трубопровода “

D ,м	w ,м2	v ,м/с	ReD		l	zl	åzj	mT	mT w ,м2
0.3	0.071	39.43	9.06 .106	0.0100	0.0435	6.96	4.61	0.294	0.021
0.6	0.283	9.89	4.54 .106	0.0050	0.0300	2.40	4.61	0.378	0.107
0.9	0.636	4.40	3.03 .106	0.0033	0.0265	1.41	4.61	0.408	0.260
1.2	1.131	2.48	2.28 .106	0.0025	0.0250	1.00	4.61	0.422	0.477
1.5	1.767	1.58	1.81 .106	0.0020	0.0235	0.75	4.61	0.432	0.763

 Пример расчета одной строки таблицы ( для м ):

а) площадь поперечного сечения трубы ищется по формуле :

w = м2 ; ( 1.13 )

б) средняя скорость жидкости рассчитывается по формуле :

 , ( 1.14 )

где Q - расчетный расход дюкера ( из задания Q = 2.8 м3/ с ) ;

в) число Рейнольдса считается по формуле :

ReD=, ( 1.15 )

где - кинематический коэффициент вязкости , принимаемый по таблице 4-1 /1, с.138/ в зависимости от температуры жидкости , м2/с ( принимаем температуру воды t°=10°C , соответствующее этой температуре значение ) ;

г) относительную шероховатость считаем по формуле :

 , ( 1.16 )

где - шероховатость трубы , принимаемая по таблице 4-2 /1, с.166/ в зависимости от качества трубы , м ( принимаем качество трубы “ грубое ” , соответствующее значение ).

д) коэффициент гидравлического трения принимаем по графику Кольбрука ( рис. 4-25 /1, с.163/ ) в зависимости от числа Рейнольдса и относительной шероховатости . Числу Рейнольдса ReD= =и относительной шероховатости соответствует коэффициент гидравлического трения ;

е) коэффициент потери напора по длине ищется по формуле ( 1.9 ) :

;

ж) cумму местных коэффициентов потери напора ищется по формуле ( 1.8 ) , применяя значения , найденные выше :

;

з) коэффициент расхода ищем по формуле :

 , ( 1.17 )

где полный коэффициент расхода ищется по формуле ( 1.7 ) :

;

и) произведение коэффициента расхода и площади поперечного сечения находим :

w = м2 ;

По данным таблицы 1.1 строим график зависимости произведения коэффициента расхода и пло-щади поперечного сечения от величины диаметра поперечного сечения ( рис.1.1 ) .

По данным в задании величинам расхода жидкости и допустимой разности уровней можем найти необходимое значение произведения коэффициента расхода и площади поперечного сечения :

(w)необх== ( 1.18 )

По графику , изображенному на рисунке 1.1 , необходимому значению произведения коэффициента расхода и площади поперечного сечения соответствует значение диаметра поперечного сечения трубы .